面向智能電網(wǎng)IP化的分組傳送網(wǎng)（PTN）建設

作為智能電網(wǎng)“中樞神經(jīng)”的通信網(wǎng)建設將面臨IP化的挑戰，本文將著(zhù)重論述電力傳輸網(wǎng)從MSTP向PTN的平滑演進(jìn)，從而實(shí)現智能電網(wǎng)建設中基于分組業(yè)務(wù)為主的多業(yè)務(wù)承載。

1. 智能電網(wǎng)背景

2009年5月21日，國家電網(wǎng)公司首次向社會(huì )公布了“智能電網(wǎng)”的發(fā)展計劃，并初步披露了其三階段建設時(shí)間表，并將于2020年全面建成統一的“堅強智能電網(wǎng)”。

圖1 國家電網(wǎng)三階段推進(jìn)智能電網(wǎng)建設

智能電網(wǎng)就是以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架、各級電網(wǎng)協(xié)調發(fā)展的堅強電網(wǎng)為基礎，利用先進(jìn)的通信、信息和控制技術(shù)，構建以信息化、自動(dòng)化、互動(dòng)化為特征的統一堅強智能化電網(wǎng)。涵蓋所有電壓等級，由發(fā)電、輸電、變電、配電、用電、調度等環(huán)節有機組成。整個(gè)建設中，“統一”是前提，“堅強”是基礎，“智能”是關(guān)鍵。最終實(shí)現“電力流、信息流、業(yè)務(wù)流”的高度一體化融合，具有堅強可靠、經(jīng)濟高效、清潔環(huán)保、透明開(kāi)放和友好互動(dòng)內涵的現代電網(wǎng)[4]。，圖2為國家電網(wǎng)智能電網(wǎng)內涵。

圖2 國家電網(wǎng)智能電網(wǎng)內涵

2. 電力網(wǎng)絡(luò )通信系統的現狀與智能電網(wǎng)需求分析

電力通信作為行業(yè)性的專(zhuān)用通信網(wǎng)，是隨電力系統的發(fā)展需要而逐步形成和發(fā)展的。它主要用來(lái)緩解公網(wǎng)發(fā)展緩慢而造成的通信能力不足并填補公網(wǎng)難以滿(mǎn)足一些電力部門(mén)特殊通信需求的矛盾，以保證電力專(zhuān)業(yè)化生產(chǎn)正常高效地進(jìn)行。

當前，電力通信網(wǎng)是由光纖、微波及衛星電路構成主干線(xiàn)，各支路充分利用電力線(xiàn)載波、特種光纜等電力系統特有的通信方式，并采用明線(xiàn)、電纜、無(wú)線(xiàn)等多種通信手段及程控交換機、調度總機等設備組成的多用戶(hù)、多功能的綜合通信網(wǎng)。

從智能電網(wǎng)的通信支撐需求來(lái)看，電力傳送網(wǎng)需求的主要特征是：

2.1 越來(lái)越高的寬帶業(yè)務(wù)要求

要求電力通信不僅包括傳統的業(yè)務(wù)，如：自動(dòng)號、行政電話(huà)、調度電話(huà)、遠動(dòng)數據、熱線(xiàn)電話(huà)、計算機MIS業(yè)務(wù)、數據、圖象等，還需要各種多媒體寬帶業(yè)務(wù)，如：高速上網(wǎng)、視頻點(diǎn)播、專(zhuān)用數據網(wǎng)等等,所有這些寬帶業(yè)務(wù)對通信網(wǎng)的帶寬的要求也越來(lái)越大。

2.2 越來(lái)越高的調度網(wǎng)絡(luò )傳輸要求

傳統電力通信系統主要用于電力系統內部的信息交換，窄帶和獨立通信的TDM技術(shù)限制了網(wǎng)絡(luò )的發(fā)展。作為基礎平臺，網(wǎng)絡(luò )是電力系統信息技術(shù)應用的關(guān)鍵因素，并且已經(jīng)成為電力系統信息化的主要組成部份。大多數電力生產(chǎn)信息、管理信息及調度信息均可通過(guò)電力通信及調度網(wǎng)絡(luò )傳輸。并且，理想的網(wǎng)絡(luò )基礎設施不僅可以給電力生產(chǎn)和管理提供優(yōu)勢，而且可以為電力行業(yè)通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)來(lái)增加收入提供商機。因此，電力行業(yè)需要良好的通信網(wǎng)絡(luò )。

2.3 嚴格的多業(yè)務(wù)QoS能力要求

電力通信的業(yè)務(wù)可劃分為關(guān)鍵運行業(yè)務(wù)和事務(wù)管理業(yè)務(wù)兩大類(lèi)。關(guān)鍵運行業(yè)務(wù)包括遠動(dòng)信號、數據采集與監視控制系統、能量管理系統、繼電保護信號和調度電話(huà)等,事務(wù)管理業(yè)務(wù)包括行政電話(huà)、會(huì )議電話(huà)和會(huì )議電視、管理信息數據等。不同的電力通信業(yè)務(wù)，要求也不同。關(guān)鍵運行業(yè)務(wù)信息量不大。但對通信的實(shí)時(shí)性、準確性和可靠性要求很高;事務(wù)管理性業(yè)務(wù)則是業(yè)務(wù)種類(lèi)多、變化快、通信流量大。

圖3 電力業(yè)務(wù)分類(lèi)及相關(guān)采用技術(shù)

所以，面向堅強智能電網(wǎng)的電力傳輸網(wǎng)絡(luò )一方面需要繼承傳統SDH/MSTP傳輸網(wǎng)絡(luò )的電信級傳輸能力，另一方面也要具備電力業(yè)務(wù)日益IP化、寬帶化的發(fā)展趨勢。目前，智能電網(wǎng)在接入側正在進(jìn)行配網(wǎng)自動(dòng)化、基于EPON的遠程抄表以及電力智能小區建設，電力綜合傳送網(wǎng)需要面向電力智能化、IP化的傳輸網(wǎng)絡(luò )建設。

3. 電力城域傳送網(wǎng)的優(yōu)化與演進(jìn)

3.1 從MSTP到PTN的演進(jìn)

作為傳送技術(shù)與數據通信技術(shù)融合(某種意義上的妥協(xié))，MSTP傳送技術(shù)及設備在傳送網(wǎng)向分組傳送(交換)方向前進(jìn)了一步。MSTP中通過(guò)使用GFP封裝、VC虛級聯(lián)、LCAS(鏈路容量調整)等關(guān)鍵技術(shù)，對新業(yè)務(wù)提供延伸的接口。引入MSTP以后，對于現有的IP城域網(wǎng)和ATM網(wǎng)，MSTP可以為其提供接入和匯聚，擴大以太網(wǎng)業(yè)務(wù)與ATM業(yè)務(wù)的覆蓋范圍，確保各網(wǎng)絡(luò )協(xié)調發(fā)展和相互配合，因而MSTP上通過(guò)數據接口功能的增加，實(shí)現了對現有數據業(yè)務(wù)的有效補充，保護了現有投資。

但是MSTP傳送技術(shù)及設備也碰到一些制約因素(障礙)。首先，利用MSTP實(shí)現各類(lèi)業(yè)務(wù)網(wǎng)在匯聚層和接入層的合網(wǎng)建設，必然會(huì )帶來(lái)如何進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )和業(yè)務(wù)管理等問(wèn)題，因此在引入MSTP的同時(shí)，還要注意適當重組業(yè)務(wù)流程和網(wǎng)絡(luò )管理流程，以適應業(yè)務(wù)綜合和網(wǎng)絡(luò )融合的趨勢。其次是MSTP處理顆粒(接口速度)的不匹配：MSTP以2Mbit/s速率及其虛級鏈來(lái)轉送以太網(wǎng)業(yè)務(wù)，就如同拿一把尺子來(lái)稱(chēng)蘋(píng)果的重量一樣不太合適。事實(shí)上，MSTP的內核是通過(guò)VC-12或者VC-4的交叉粒度來(lái)完成以太網(wǎng)的分組傳送的。面向群路側的處理對象是VC-4，不清楚也不能適應VC-4內包的傳送。對于以太網(wǎng)而言，包長(cháng)是變化的，流量是突發(fā)的。傳統的SDH傳送網(wǎng)對于基于分組化的業(yè)務(wù)和新的業(yè)務(wù)提供方式，存在著(zhù)諸如業(yè)務(wù)指配處理復雜，帶寬效率低，成本高，網(wǎng)絡(luò )擴展性差等缺點(diǎn)。由于MSTP交換平臺的核心結構為交叉式電路方式的時(shí)隙交換，所以MSTP不能有效利用分組業(yè)務(wù)的統計復用特性。